黄土地质灾害评价因子地形起伏度提取最佳尺度研究:以榆林市米脂县为例

目前地质灾害相关评价工作中,部分研究人员对于“地形起伏度”(也称相对坡高)选取最佳窗口单元进行提取存在着一定程度的随意性和主观性,致使取得的地形起伏度参数与研究区实际情况相比存在一定的误差。后续地灾评价中,无论采用以栅格为基础的信息量模型还是现今普遍流行的各类机器学习方法,其评价因子本身的误差甚至错误会导致评价结果可靠性降低。笔者基于Arc GIS平台,利用陕西省榆林市米脂县分辨率为2 m的DEM数据,采用均值变点分析法,通过两轮分析,数量分别为10×10和1×1的矩形窗口逐渐逼近研究区地形起伏度的最佳统计单元,计算出该县地形起伏度为0~256.60 m,最佳统计单元为59×59的窗格,栅格单元边长为2 m,提取窗格边长为118 m,对应提取面积为13924 m^(2)。随后依据陕北黄土地区历史滑坡及崩塌的易发坡高统计将米脂县地形起伏度等分为<20 m、20~40 m、40~60 m、60~80 m、>80 m等5个区间,受原始地形条件及削坡建房、建厂等综合影响,40~80 m为灾害隐患发育的主要区间,灾害隐患点占比为88.60%。结合米脂县地质灾害隐患点信息量值和灾害点密度对比曲线,结果显示二者有很好的相关性,体现了地形起伏度统计单元选取和区间划分的合理性。本研究所采用的高精度DEM数据的计算及分析结果,首先避免了目视寻找拐点的弊端,其次在黄土高原地区千沟万壑的地貌条件中能够满足数字地形分析与精细化地质灾害调查的需求,可为黄土高原区地质灾害评价防治及黄河中上游流域的水土流失治理与生态环境保护提供一定的技术支撑。

河床地形起伏变化对地表水-地下水-湿地水交互过程的影响研究

地表水动力条件变化及河床沉积物岩性空间差异造成河床地形在空间上起伏变化是水沙界面压力空间分布的主要影响因素,影响地表水-地下水、地下水-傍河湿地水交互过程。为研究河床地形起伏变化对地表水-地下水-湿地水交互过程的影响机理,在黄河下游开封柳园口设置研究断面,统计分析河床地形起伏变化特征数据,建立半理想化地下水流数值模型,分析地表水-地下水-湿地水相互作用过程。结果表明:(1)与平整河床相比,河流横断面河床地形空间起伏变化可增大地表水-地下水转换量及地下水-湿地水转化量;(2)河床地形空间起伏变化使河床下伏含水层发育不同级次的地下水流系统,改变了地下水流路径及其径流时间,与平整河床地形相比,河流横断面河床地形起伏变化使得河流下伏含水层地下水流路径复杂化,近河床界面的浅部含水层不同位置发育有滞留区,且随着河床地形起伏程度越大,湿地侧河床下伏含水层及湿地附近含水层地下水年龄增大。研究结果可为黄河下游悬河段地表水-地下水-湿地协同保护提供理论依据。

山区地形起伏度与村落空废关系分析——以理县为例

山区村落空废现象受到地形起伏度的显著影响,分析二者的关系对山区村落的保护及发展具有重要意义。本文以四川省阿坝藏族羌族自治州理县为例,通过田野调查采集219个村民小组的空废数据,基于ASTER GDEM V2数字高程数据,采用窗口分析法和均值变点法确定最佳统计单元,以提取地形起伏度,并进行地貌类型分类,利用回归分析及空间自相关分析方法解析地形起伏度对村落空废的影响。结果表明:理县的平均村落空废率为41.25%,空废率高值区以甘堡乡为核心、呈一主多次的空间结构;理县地形起伏度的最佳统计单元是0.66 km2,地形起伏度介于101~1208 m,呈“东南高、西北低”的空间格局,以占比超四成的中起伏高中山地貌类型为主;地形起伏度在数量上与村落空废率呈显著正相关,对空废率的影响较海拔高度更大,地形起伏度在空间上与村落空废率呈弱空间正相关,在薛城镇呈高高聚集,在朴头镇、古尔沟镇呈高低聚集。

四川省地形起伏度与斜坡地质灾害空间分布关系研究

地形起伏度与斜坡地质灾害的空间分布密切相关,但同时考虑地形起伏度最佳统计单元、灾害类型、灾害规模的研究偏少。以地貌单元跨度巨大的四川省为例,运用均值变点分析法确定地形起伏度最佳统计单元,采用频率比法、信息量法、确定性系数法等3种数据统计模型,研究地形起伏度对斜坡地质灾害空间分布的影响。研究表明:平均地形起伏度与统计窗口大小存在显著正相关关系,最佳统计单元的窗口数量为20×20、面积大小为3.24×10^(6) m^(2);斜坡地质灾害主要分布于丘陵和小起伏度山地,数量总占比为68.9%,其中滑坡易发优势区间为50~350m,崩塌易发优势区间为50~200 m;小起伏区域利于发育小型灾害,大起伏度区域更利于发育中型和大型灾害。

基于ASTER GDEM的黑龙江省地形起伏度分析

地形起伏度是描述地貌形态的重要指标,反映了研究区域内地势起伏特征。以黑龙江省为研究区域、以30 m分辨率的ASTER GDEM(先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型)数据为基础,在ArcGIS平台上利用领域分析法分析不同窗口大小下的地形起伏度,通过均值变点法得出最佳统计单元面积为0.396 9 km^(2)。在此基础上对黑龙江省地势起伏度进行分析。结果表明黑龙江省地形起伏可分为4类,主要以台地、丘陵为主,平原占比次之。

基于ASTER GDEM的地形起伏度与西安市长安区滑坡崩塌灾害的相关性

西安市长安区地势南高北低,相差悬殊,秦岭北坡和黄土台塬边坡因人类工程活动、降雨、地震等诱发的影响,容易发生滑坡崩塌地质灾害,给城市造成严重损失。为研究滑坡崩塌地质灾害发育与地形起伏度的关系,以空间分辨率为30 m×30 m的ASTER GDEM数字高程数据为数据源,基于GIS的邻域统计分析工具,依次提取2×2、3×3、4×4、5×5……50×50共49个矩形窗口,运用均值变点法科学地确定长安区地形起伏度最佳分析窗口大小为17×17,面积为26.01×10^(4)m^(2),据此将区内地形起伏度分为5级,并采用CF法、I值法建立区域地形地貌与灾害点分布之间的相关关系。研究表明,滑坡崩塌的发育与地形起伏度具有密切的相关性,地形起伏度为小起伏(30~200m)时,对滑坡崩塌灾害影响最大,最利于灾害的发育。

基于地形起伏度的临沧市人居环境地形适宜性分析

随着社会和经济的不断发展,人们对生活环境越来越重视,而人居环境是人类生存与发展的基础,并从根本上制约着区域人口的集聚水平和分布格局。本文选取地形起伏度对临沧市人居环境地形适宜性进行分析。利用ArcGIS 10.2软件,通过均值变点分析法,确定最佳分析窗口大小为0.2025 km2,在此基础上计算地形起伏度,对各乡镇地形起伏度进行区域内部差异分析。运用SPSS软件,对各乡镇的平均人口密度与地形起伏度进行了相关分析和回归分析,相关分析中R2为−0.505,发现二者之间存在显著负相关关系,回归分析中符合逆曲线模型,其R2为0.859。根据地形起伏度将人居环境地形适宜性分为5个级别,高度适宜区地形起伏度值 With the continuous development of society and economy, people are paying more and more attention to the living environment. The living environment is the foundation of human survival and development, and fundamentally restricts the concentration level and distribution pattern of regional population. This article selects terrain undulation to analyze the terrain suitability of the living environment in Lincang City. Using ArcGIS 10.2 software and the mean change point analysis method, the optimal analysis window size was determined to be 0.2025 km2. Based on this, terrain undulation was calculated, and regional differences in terrain undulation were analyzed for each township. Using SPSS software, correlation and regression analysis were conducted on the average population density and terrain undulation of each township. The R2 value in the correlation analysis was −0.505, and a significant negative correlation was found between the two. The regression analysis followed the inverse curve model, with an R2 value of 0.859. According to the terrain undulation, the suitability of living environment terrain is divided into 5 levels. The terrain undulation value of the height suitable area is less than 1.5, accounting for 41.19%;The terrain undulation value in the moderately suitable area is between 1.5 and 2.0, accounting for 36.34%;The terrain undulation value in the low degree suitable area is between 2.0 and 2.5, accounting for 19.28%;The terrain undulation value of the critical suitable area is between 2.5 and 3.0, accounting for 3.03%;The terrain undulation value in the unsuitable area is ≥ 3.0, accounting for 0.16%. Analysis shows that the population of Lincang City is mainly distributed in relatively flat dam areas. This study can provide reference for the rational population layout and socio-economic development of Lincang City.

广东省地形起伏特征与人口和经济的关系研究

为了探讨地形条件对广东省人口分布和经济发展的影响,运用均值变点分析法进行最佳计算单元的计算分析,提取广东省地形起伏度;利用土地利用/覆被数据进行人口和经济空间化建模,生成人口和经济密度图;在系统分析地形起伏度、人口密度、经济密度空间分布规律的基础上,借助于统计分析方法定量揭示广东省地形起伏度与人口、经济的空间关系。结果表明:(1)广东省地形起伏度总体呈北高南低、东高西低的空间格局,其空间分布与海拔、坡度2个地形因子呈较强正相关,地形起伏度区域面积占比呈现较强的地形梯度效应。(2)采用自然间断点法划分人口稀疏区与密集区,进行土地利用/覆被数据的人口空间化建模,其模拟精度更高。(3)与其他地形因子相比,地形起伏度对人口、经济的影响更强,与人口密度、经济密度均呈显著的负相关关系,且对经济密度的影响更大。(4)人口和经济均呈现向地形起伏度低值区集聚的现象,经济发展的空间集聚效应更强。

基于GIS的绵阳市地形起伏度与人口、经济的关系

以绵阳市为研究区域,采用移动窗口法和均值变点法提取地形起伏度,分析地形起伏度对人口密度、经济密度的影响及其相关性,并与海拔进行对比分析.结果表明:①绵阳市中起伏度地形(200~500 m)占比最大,占研究区土地面积33.97%;小起伏度地形(70~200 m)次之,占26.83%;大起伏度地形(500~1000 m)占18.32%;微起伏度地形(30~70 m)占15.46%;平坦地形(0~30 m)占5.38%、极大起伏度地形(>1000m)占比最少,占0.4%.②地形起伏度对绵阳市人口分布、经济发展的影响强于海拔的影响;地形起伏度对人口分布的影响强于对经济发展的影响,且均呈显著负相关.③绵阳市地形起伏度不超过70 m的地区,聚集了26.67%的人口和35.41%的经济总量,但土地面积仅占2.74%,人口和经济活动向平原、台地等地形起伏度较小地区聚集趋势明显.

基于地形起伏度的四川省地面气象站点适宜性研究

为科学确定气象站点地形起伏特征,基于先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Global Digital Elevation Model,ASTER GDEM)30 m数据,利用均值变点分析法确定四川省地形起伏度模型的最佳分析窗口。提取地面气象观测站所处的地形起伏特征,探究气象站点布设的区域代表性空间格局。结果表明:(1)四川省地形起伏度的最佳窗口为39×39个像元矩形邻域,对应面积1.369 km^(2)。建立的地形起伏度模型与山脉走向一致,能够捕捉到地表各种尺度的地形起伏状况,符合四川省地貌特征。(2)国家站和区域站所处地势以台地、丘陵和小起伏山地为主,地形起伏较小的国家站占比明显高于区域站,即国家站更具有区域代表性。(3)四川省气象观测站点布设的适宜地区主要集中在盆地、川西高原的北部和西部及攀西地区的东部和南部,占全省面积的69.74%。均值变点分析法确定的分析窗口面积可以兼顾各种地貌类型,提取的地形起伏度能较好地反映气象站点所处地形特征,可为气象站点布局和站网优化提供重要参考依据。

基于DEM和均值变点法的措勤县地形起伏度分析

地形起伏度能够反映特定区域的地势起伏特征,采用均值变点法可以有效确定地形起伏度的最佳分析窗口。利用措勤县ASTER GDEM 30 m分辨率高程数据,在GIS平台支持下,通过Python编程,采用邻域分析法在不同窗口大小下提取地形起伏度,运用均值变点法确定措勤县最佳分析窗口。研究表明:(1)措勤县最佳分析窗口为27×27的矩形单元,分析窗口面积为0.6561 km^(2)。(2)措勤县地形起伏度范围为0~688 m,将其分为5类,起伏度值为70~200 m的丘陵地形和200~500 m的小起伏山地地形为措勤县主要地形,占比分别为37.62%和33.24%;起伏度值为30~70 m的台地地形和0~30 m的小起伏平地地形,占比分别为16.22%和12.57%;地形起伏度值为500 m以上的中起伏山地地形面积最小,占比为0.35%。

地形起伏度和坡度分析在区域滑坡灾害评价中的应用

基于ArcGIS平台,利用SRTM3-DEM数据资料,选择鄂尔多斯及其周缘为研究区,计算并定量分析了地形起伏度和坡度,并利用区域滑坡灾害调查资料,初步建立了地形起伏度、坡度与滑坡灾害之间的相关性,讨论了地形起伏度的区域地貌意义。结果表明,研究区滑坡集中发育地区的地形起伏度为200￣300m,在此范围内滑坡占研究区所有滑坡总数的48.5%,此区间的面积占研究区总面积的20.3%;坡度为10￣18°,此范围内滑坡占研究区所有滑坡总数的46.7%,而此区间的面积占研究区总面积的30.5%。在地貌类型上,滑坡集中发育地区对应残丘、黄土塬及黄土墚等。通过研究区横向、纵向剖面的地形特征分析,表明地形起伏度和坡度分析是相互补充的,它们均与区域滑坡发生和分布存在良好的相关性。这种相关性为区域滑坡灾害评价提供了新的思路,对区域防灾规划和灾害区预测具有重要的应用意义。

中国地形起伏度及其与人口分布的相关性

基于人居环境自然评价的需要,运用GIS技术,采用窗口分析等方法,提取了基于栅格尺度(10km×10km)的中国地形起伏度,并从比例结构、空间分布和高度特征3个方面系统分析了中国地形起伏度的分布规律及其与人口分布的相关性。研究表明:中国的地形起伏度以低值为主,63%的区域低于1(相对高差≤500m);空间分布呈现西高东低、南高北低的格局;随着经度和纬度增高,地形起伏度呈逐渐下降趋势,28oN、35oN、42oN纬线和85oE、102oE、115oE经线上的地形起伏度符合中国三大阶梯的地貌特征;随着海拔高度增加,地形起伏度呈现逐渐升高趋势。实证分析表明:中国的地形起伏度与人口密度有较好的对数拟合关系,拟合度高达0.91;全国85%以上的人口居住在地形起伏度小于1的地区,在地形起伏度大于3的地区居住的人口总数只占全国0.57%。中国地形起伏度与人口分布的相关性区域差异显著,东北、华北、华中和华南等地相关性显著,内蒙古与青藏地区几乎不存在相关性。

自1:10000比例尺DEM提取地形起伏度——以陕北黄土高原的实验为例

地形的起伏是反映地形起伏的宏观地形因子,是比较适合区域水土流失评价的地形指标,在区域性研究中,利用DEM数据提取地形起伏度能够快速、直观的反映地形的起伏特征。1∶10000比例尺DEM具有越来越广泛、重要的应用,系统探讨基于其提取地形起伏度的方法具有重要的理论和实践意义。本研究以陕北黄土高原不同地貌区的DEM数据为实验数据,依据地貌发育的基本理论,GIS的窗口递增分析方法结合自然地理单元———小流域划分方法,通过对比分析,确定不同地貌区的地形起伏度。通过对实验结果的对比分析证明,该方法是一种比较通用、有效的方法。

基于SRTM DEM数据的中国地形起伏度分析研究

地形起伏度是区域水土流失评价的最佳地形指标,地形起伏度的分析研究对于区域水土流失定量评价具有重要意义.首先利用邻域统计分析法,在不同大小邻域窗口下(2×2,3×3,4×4,,25×25,30×30,35×35,40×40,45×45,50×50)对中国地形起伏度进行了提取;然后运用均值变点分析法完成了最佳统计单元的计算,结果 11×11网格大小可作为曲线变化的拐点,即为曲线由陡变缓的阀值.从而得出基于90m×90m SRTM DEM数据的中国地形起伏度提取的最佳统计单元为11×11网格大小;接着完成了中国水土流失地形起伏度分级图的绘制;最后对地形起伏度特征作了初步分析.

中国地形起伏度的提取及在水土流失定量评价中的应用

基于全国 1:10 0万的栅格数字高程模型 ( DEM)数据 ,在 ARC/ INFO的 GRID模块支持下 ,利用窗口分析方法 ,经过采样统计 ,确定中国水土流失地形起伏度的最佳分析窗口大小为 5 km× 5 km;基于 5 km× 5 km的分析窗口 ,提取了中国水土流失地形起伏度 ,完成了中国水土流失地形起伏度制图 ;最后对中国水土流失地形起伏度进行了适用性分析 。

秦巴山连片特困区地形起伏与人口及经济关系

为了探讨地形要素对连片特困山区人口格局、经济布局和贫困程度约束作用,基于Arc GIS10.0空间分析技术与SPSS18.0统计分析工具,利用SRTM3-DEM数据,分别对中国典型贫困山区——秦巴连片特困区80个县区的地形起伏的空间特征,地形起伏与人口经济格局之间关系进行探析,并且对秦巴山区发展适宜性进行评价。结果表明:1.秦巴山区各县区地形起伏、人口密度、经济发展水平呈现出显著的由西北向东南方向递减的梯度空间规律。2.区域地形起伏与所在县区人口密度、三次产业结构存在显著的空间负相关,即地区地形起伏越大,人口密度越小,经济发展受限制越强,相反地形越平缓,经济活动则越活跃,人口的空间分布更为集聚。3.地形起伏度是决定区域经济发展的主导因素,但对秦巴山区深入研究发现,市辖区的人口分布与经济发展受地形起伏约束较小,究其根本原因是:市辖区在地方财政收入、基础设施投入力度、人才引进、资源支配、招商引资等方面存在明显的支配地位和集聚优势,较大程度上抵消地形对经济发展的限制。

基于ASTER GDEM数据的青藏高原东部山区地形起伏度分析

以青藏高原东部山区为研究区,基于高空间分辨率的ASTER GDEM数据,通过AML语言编程调用ArcGIS中用于邻域分析的focal函数,计算不同邻域尺度单元下地形起伏度。研究表明:邻域尺度单元大小对地形起伏度计算至关重要,起伏度值先随邻域尺度单元面积增大而快速增大,当邻域尺度单元面积达一定阈值后,其增大速度开始减缓并趋于平稳,且在增速减慢过程中存在一明显拐点,即最佳邻域尺度单元。通过高差显著性变化检验法,确定最佳邻域尺度单元为5.0625km2,据此制作地形起伏度分级图,发现研究区自西北向东南地形起伏度逐步增加,地势以中度起伏(200～500m)为主。

基于GIS的关中-天水经济区地形起伏度与人口分布研究

地形起伏度作为影响人口分布的重要因素之一,是人居环境自然评价的一个重要指标,在小尺度人居环境自然评价方面也具有较高的准确性和实际应用价值。基于关中-天水经济区栅格数字高程模型,采用窗口分析等方法,利用ArcGIS软件空间分析模块中的邻域分析,提取了基于栅格尺度的关中-天水经济区地形起伏度,并从比例结构、空间分布和高度特征3个方面系统分析了关中-天水经济区地形起伏度的分布规律及其与人口分布的相关性。研究结果为:①关中-天水经济区的地形起伏度以中低值为主,地形起伏度小于2.4的区域占总面积的96.66%,其中平地比例占总体的32.4%;地形起伏度越高的地区,平地比例越低,反之亦然。②关中-天水经济区的地形起伏度呈现南北高中间低的空间格局,最高值为宝鸡市太白县,最低值为关中平原;经度上的变化规律不是很明显,纬度上的地形起伏度无论从南到北还是从北到南都是先下降后增高的。③随着海拔高度的增加,地形起伏度呈现逐渐升高趋势,但变化幅度不大。④地形起伏度对区域人口分布有较强的影响,关中-天水经济区近90%的人口居住在地形起伏度小于1.5的地区,人口密度与地形起伏度的曲线拟合度非常高。

基于地形起伏度的山区人口密度修正——以岷江上游为例

山区人口承载能力评价是山区国土空间管理的基础之一,而准确的人口密度数据是正确评价人口承载能力的基础。传统的人口密度算法并未考虑地形起伏度对人口分布带来的影响,不能客观反映山区人口聚集程度。引入地形起伏度、海拔高度因子,选择岷江上游作为研究区,首先运用GIS技术提取地形起伏度,再运用SPSS软件对人口密度与地形起伏度相关性进行分析,确定县域不同地形起伏度与海拔人居适宜标准,剔除阈值以外不适宜人口聚居的面积,对人口密度进行修正。研究结果表明:1岷江上游人口分布受地形起伏度的影响显著,二者的对数曲线拟合度为0.89,汶川县、茂县、理县、黑水县与松潘县地形起伏度与人口分布的相关性分别为:0.841、0.773、0.643、0.696和0.730;2应用地形起伏度对岷江上游人口密度修正,为真实反映山区人口密度提供了新的考量依据,剔除了人口密度空间噪音,5县地形起伏度与海拔适宜标准分别为:汶川3.2°和3 693 m,茂县4°和4 033 m,理县4.3°和3 790 m,黑水4.4°和3 853 m、松潘4.2°和3 966 m;地形起伏度高值区面积越大,修正前后的人口密度偏差越大,地形起伏度较大的理县和黑水县修正后的人口密度分别提高了7.8倍和5.6倍;地形起伏度较低的汶川县与茂县修正后人口密度仅分别提高2.3倍与2.4倍;3岷江上游人口潜在压力大,不同区域应因地制宜,汶川和茂县采取重点集约发展战略,理县和黑水县采取适度开发战略,松潘县应采取恢复与保护生态策略。